Кафедра прикладной математики
ЛЕКЦИЯ № 1.
Тема: «информация и информатика»
ИНФОРМАТИКА КАК ФУНДОМЕНТАЛЬНАЯ НАУКА.
Подходя к анализу жизни общества на различных ступенях его развития с точки зрения выяснения того, что определяло в тот или иной период его выживание и прогрессивное развитие, можно заметить, что вплоть до XVIвека деятельность общества в целом и каждого человека в отдельности была направлена на овладение веществом, т.е. познание свойств вещества и изготовление сначала примитивных, а потом все более сложных орудий труда, вплоть до механизмов и машин, позволяющих изготавливать потребительские ценности.
Затем в процессе становления индустриального общества на первый план вышла проблема овладения энергией – сначала тепловой, затем электрической, наконец, в XXвеке – атомной. Овладением энергией позволило освоить массовое производство потребительских ценностей и, как следствие, повысить уровень жизни людей и изменить характер их труда.
С другой стороны, на протяжении тысячелетий человечество стремилось постичь тайны мироздания, составляя его модели, выделяя общие закономерности, пытаясь увидеть некоторое единство в разнообразии материальных объектов. И одним из первых обобщенных абстрактных понятий науки становится вещество. Эта идея развивалась от философии Древней Греции до современной квантовой теории вещества. Казалось, что все в мире можно объяснить, описав как совокупность взаимодействующих материальных частиц. Следующим обобщенным понятием стало понятиеэнергия. Его появление было связано с развитием техники, созданием двигателей, технических преобразователей энергии. Физические, химические, биологические процессы стали рассматривать с позиций передачи и преобразования энергии. Желая исследовать все более сложные объекты в технике, биологии, обществе, наука встала перед фактом невозможности детально описать их поведение на языке материально-энергетических моделей.
В то же время, людям была свойственна потребность выразить и запомнить информациюоб окружающем их мире – так появилась устная речь, письменность, книгопечатание, живопись, фотография, радио, телевидение… В истории развития цивилизации произошло несколькоинформационных революций– преобразования общественных отношений из-за кардинальных изменений в сфере обработки информации, информационных технологий. Следствием подобных преобразований являлось приобретение человеческим обществом нового качества.
Перваяреволюция связана с изобретением письменности. Появилась возможность распространения знаний и сохранения их для передачи последующим поколениям.
Втораяреволюция (серединаXVIв.) вызвана изобретением книгопечатания, которое радикальным образом изменило общество, культуру.
Третьяреволюция (конецXIXв.) обусловлена изобретением электричества, благодаря которому появились телеграф, телефон, радио, позволяющие оперативно передавать информацию.
Четвертая революция (70-е годы XX в.) связана с изобретением персонального компьютера.
Разработка и создание компьютеров, как электронных автоматических устройств для работы с информацией, были объективно предопределены. Начиная с последней четверти XX в. стали говорить об «информационном взрыве», называя так бурный рост объемов и потоков информации. Он произошел на фоне традиционных методов обработки информации, фактически с помощью бумаги и ручки, что привело к информационному кризису. Возникло противоречие между быстро возрастающими объемами и потоками информации, потребностями общества в ее обработке для повышения уровня производства и жизни и ограниченными возможностями человека, использующего при работе с информацией традиционные технологии. Это противоречие стало негативно сказываться на темпах экономического развития и научно-технического прогресса. Начался постепенный переход кинформационному обществу, в котором на основе овладения информацией о самых различных процессах и явлениях можно эффективно и оптимально строить любую деятельность. Важно, что в информационном обществе повышается качество не только потребления, но и производства. Человек, использующийновые информационные технологии, работает в лучших условиях, труд становится творческим, интеллектуальным. Для того, чтобы человек мог использовать компьютеры для работы с информацией наиболее эффективно и рационально, необходима была специальная наука, которой сталаинформатика–наука об информации и информационных процессах.
Понятие «информация» имеет такую же долгую историю, как и сама жизнь на Земле. Но только с появлением человека возникла потребность в осознании информации, которая используется. Все, что делал и делает человек, связано с информацией. Без нее, как и без энергии и вещества, не возможна жизнь. Информация является основой отношений между людьми и природой, базой создания единого мирового информационного сообщества, общей генеративной основой Вселенной. Наверное, самый сложный вопрос в информатике – это «Что такое информация?». На него нет однозначного ответа. Такие понятия иногда называю «контекстными», т.е. придаваемый им смысл зависит от контекста, в котором они употребляются. Понятие информации относится к числу фундаментальных, т.е. является основополагающим, не раскрывающимся через другие понятия. Вещество, энергия, информация – фундаментальные сущности всех явлений нашего мира. Поэтому над ним думают и спорят не только специалисты частных наук, но и философы. Термин «информация» происходит от латинскогоinformation, что означает разъяснение, осведомление, изложение. Понятие «информация» многозначно, и поэтому строго определено быть не может. В широком смыслеинформация– это отражение реального (материального, предметного) мира, выражаемого в виде сигналов и знаков. Понятие «информация» является одним из основных во многих других науках: в журналистике и философии, в экономике и физике, в математике и психологии.
В зависимости от области знания существуют различные подходы к определению понятия информации. Под информацией в быту (житейский аспект) понимают сведения об окружающем мире и протекающих в нем процессах, воспринимаемые человеком или специальными устройствами. Под информацией в технике понимают сообщения, передаваемые в форме знаков или сигналов. Под информацией в теории информации понимают не любые сведения, а лишь те, которые снимают полностью или уменьшают существующую до их получения неопределенность. По определению К.Шеннона, информация – это снятая неопределенность. Под информацией в кибернетике (теории управления), по определению Н.Винера, понимают ту часть знаний, которая используется для ориентирования, активного действия, управления, т.е. в целях сохранения, совершенствования, развития системы. Под информацией в семантической теории (смысл сообщения) понимают сведения, обладающие новизной. Под информацией в документалистике понимают все то, что так или иначе зафиксировано в знаковой форме в виде документов.
Вся жизнь человека постоянно связана с получением, накоплением и обработкой информации. Информация является предметом интеллектуальной деятельности человека, продуктом этой деятельности. Информация для человека – это знания, которые он получает из различных источников. Являются ли информацией неиспользуемые знания, является ли неосмысленная (как в ЭВМ) информация информацией. Для преодоления этих трудностей академик В.П.Афанасьев ввел понятие информационных данных. Информационные данные– это всякие сведения, сообщения, знания. Они могут храниться, перерабатываться, передаваться, но характер информации они приобретают лишь тогда, когда получают содержание и форму, пригодную для управления и используются в управлении.
Информация нужна человеку не вообще, а конкретно и в нужное время для ориентирования в окружающем мире и принятия решений о своих дальнейших действиях.
Согласно одной из научных позиций, информация является свойством всего сущего, всех материальных объектов мира. Такая концепция информации называетсяатрибутивной(информация – атрибут всех материальных объектов). Информация в мире возникла вместе со Вселенной. С такой предельно широкой точки зрения, информация проявляется во взаимодействии одних объектов с другими, в изменениях, к которым такие взаимодействия приводят. Наряду с атрибутивной точкой зрения существует другая –функциональная. Согласно функциональному подходу информация возникает лишь на уровне жизни, так как связана с функционированием сложных самоорганизующихся систем, к которым относятся живые организмы и общество.
Современный подход к понятию информации связан с развитием научных представлений об информационных процессах, протекающих в живой и неживой природе: в природных, социальных и технических системах. Чаще всего под информацией понимают сведения об окружающем мире и протекающих в нем процессах, воспринимаемые человеком или специальными устройствами (датчиками, приборами, автоматическими измерителями и т.д.). Под информацией понимают также содержание сообщения, сигнала, памяти, т.е. сведения, содержащиеся в сообщении или сигнале. Информация всегда связана с материальным носителем, а ее передача – с затратой энергии. Таким образом, информация – это совокупность разнообразных данных, сведений, сообщений, знаний, умений и опыта, необходимых кому-либо.
В информатике понятие информация означает сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые уменьшают имеющуюся о них степень неопределенности, полноты знаний.
Поскольку информация играет в жизни человека очень важную (жизненно необходимую) роль, то необходимой является и наука про информацию. Наука про информацию – это информатика. К вопросу появления информатики как науки у ученых нет однозначного мнения. Одни считают, что возникновение информатики связано с работами, заложенными греческими философами и успешно завершенными Аристотелем. Информатика, по их мнению, исторически возникла и развивалась как природная дисциплина. Другие считают, что информатика возникла на базе кибернетики.
Кибернетика – это наука, которая изучает общие закономерности процессов управления и связи, т.е. передачу и обработку сигналов для управления в технических и природных системах, в том числе и в живых организмах. Основал кибернетику как науку выдающийся американский ученый Норбет Винер в 1948 году. Следует отметить, что его работы по математической логике легли в основу программирования для вычислительной техники, которая тогда только зарождалась. Сегодня преобладает мнение, что кибернетика является составной частью информатики. Наука про информацию с именем «информатика» появилась во второй половине XXвека. Основной причиной для этого стало возникновение и бурное развитие вычислительной техники (компьютеров).
Термин «информатика» может употребляться в двух смыслах:
информатика как научная область, предметом изучения которой являются информация и информационные процессы; в которой осуществляются исследования и изобретения новых средств работы с информацией;
информатика как практическая область деятельности людей, связанная с применением электронно-вычислительных машин для работы с информацией.
Как современная техника была бы невозможна без открытий теоретической физики, так и развитие информатики и информационных технологий было бы невозможно без теории информации, теории алгоритмов и целого ряда других теорий в области кибернетики, лингвистики, семиотики, системологии и других наук. В соответствии с современным пониманием, информатика включает в себя четыре части:
Теоретическая информатика.
Средства информатизации.
Информационные технологии.
Социальная информатика.
Каждая из этих частей, в свою очередь, делится на разделы.
Таким образом, информатика – это фундаментальная природная наука, изучающая структуру и общие свойства информации, а также закономерности получения, хранения, поиска, передачи, обработки и использования информации в разных сферах человеческой деятельности.
Информатику можно зачислить и в класс природных наук, поскольку законы обработки информации в общественных, биологических и инженерных системах одинаковые. Информатику можно отнести в класс фундаментальных наук, т.к. понятия «информация» и «информационные процессы» имеют общенаучный характер. Информационные модели используются в разных областях науки. Информатика сегодня – это огромная область научных знаний, связанных с получением, хранением, преобразованием, передачей и использованием информации. Информатика сегодня – это целый комплекс научных направлений, которые отличаются один от другого как взглядами на информацию, так и теми методами, которые в них используются. Объединяет эти научные направления общий предмет – информационные процессы. Как и в большинстве наук, в информатике можно (правда, довольно условно, так как это связано с исследованиями и использованием одного и того же объекта - информации) выделить два наиболее важных направления: теоретическую информатику и прикладную (технологическую).
Теоретическая информатика– это фундаментальная отрасль научных знаний, которая формирует системно-информационный подход к анализу окружающего мира. Она изучает методы построения математических и информационных моделей и алгоритмов, методы разработки и проектирования информационных систем та информационных технологий. Важной составляющей являетсяматематическая информатика– совокупность математических методов, которые используются в информатике. Основными понятиями теоретической информатики являютсяинформация, система, модель.Область исследований информатики в теоретическом плане –информационные системы.Одним из основных методов исследования в информатике являетсявычислительный эксперимент(математическое моделирование с использованием компьютеров).Математическое моделирование –это универсальная методология, основной инструмент математизации научно-технического прогресса. Заданием информатики как науки есть поиск общих принципов обработки информации во Вселенной. Информатика ищет ответ на вопрос: почему и как можно познать окружающий мир, объективно овладеть существующей информацией. Использование положений и принципов информатики как науки помогает оптимально получить необходимые результаты и принимать правильные решения, эффективно использоватьинформационные ресурсы.
Они могут существовать как в пассивной форме (книги, патентные описи, аудио-, видеозаписи и другие «рассеянные» знания), так и в активной форме (в виде электронной информации, с которой имеет дело компьютер). Важными заданиями информатики являются разработка теоретических основ для создания информационных ресурсов и получения максимальной информации из накопленных за всю историю человечества знаний, сохраненных в пассивной форме, и преобразование их в активно функционирующий ресурс. Практически эти задачи реализует прикладная (технологическая) информатика.
Прикладная (технологическая) информатикаизучает и реализует технологии сбора, хранения, передачи и обработки информации. Основной технической базой этих технологий является компьютер. Это огромный набор способов информатики, который включает в себя информационно-вычислительную технику, сети и комплексы компьютеров, технические способы связи и компьютерные телекоммуникационные системы, аудио- и видеосистемы, системы мультимедиа, программные способы, вычислительные и информационные среды. К прикладной информатике принято относить и информационные технологии проектирования, управления объектами, процессами, системами.Компьютерные технологии– это принципиально новые методы и способы соединения компьютерной телекоммуникационной техники, которые обеспечивают создание, хранение, передачу и обработку информационного продукта (данных, идей, знаний) с наименьшими интеллектуальными и материальными затратами.
Если теоретическая информатика поставляет другим наукам идеи и методы исследования информационных процессов, то прикладная информатика создает информационные компьютерные технологии для практической реализации этих идей и методов. Областью исследования прикладной информатики является информационно-поисковые системы на базе компьютеров.